JPH07120668B2 - Heterojunction bipolar transistor - Google Patents
Heterojunction bipolar transistorInfo
- Publication number
- JPH07120668B2 JPH07120668B2 JP63164114A JP16411488A JPH07120668B2 JP H07120668 B2 JPH07120668 B2 JP H07120668B2 JP 63164114 A JP63164114 A JP 63164114A JP 16411488 A JP16411488 A JP 16411488A JP H07120668 B2 JPH07120668 B2 JP H07120668B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- semiconductor
- base
- base layer
- hbt
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 13
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 10
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 22
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 238000002109 crystal growth method Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Recrystallisation Techniques (AREA)
- Bipolar Transistors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（以下、
HBTと略称する）に係り、特に高速動作可能なHBTに関す
る。The present invention relates to a heterojunction bipolar transistor (hereinafter
(Abbreviated as HBT), especially to HBT capable of high-speed operation.
（従来の技術） 従来用いられているHBTは、第６図に示すように、ｎ型G
aAsによって形成されたコレクタ層11、ｐ型GaAsによっ
て形成されたベース層12、及びｎ型AlGaAsによって形成
されたエミッタ層13を積層した構造を備えている。(Prior Art) As shown in FIG. 6, the conventionally used HBT is an n-type GBT.
It has a structure in which a collector layer 11 formed of aAs, a base layer 12 formed of p-type GaAs, and an emitter layer 13 formed of n-type AlGaAs are stacked.
（発明が解決しようとする課題） 第１図に示した構造のHBTにおける動作速度は、キャリ
アのベース走行時間τBによってほぼ決まる。ベース走
行時間τBは、ベース幅をWB、ベース中の少数キャリア
の拡散係数をＤとすると τB＝WB 2/2D …（１） で表わされる。また、拡散係数Ｄは、移動度をμとして で表わされる。ここでｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温
度、ｑは電子の電荷である。前記（２）式の関係を
（１）式に代入すると τB＝qWB 2/2kTμ …（３） の関係式が得られる。(Problems to be Solved by the Invention) The operating speed of the HBT having the structure shown in FIG. 1 is substantially determined by the base transit time τ B of the carrier. Base transit time tau B is represented the base width W B, with the diffusion coefficient of minority carriers in the base and D τ B = W B 2 / 2D ... (1). In addition, the diffusion coefficient D is obtained with μ as the mobility. It is represented by. Here, k is the Boltzmann constant, T is the absolute temperature, and q is the electron charge. By substituting the relation of the equation (2) into the equation (1), the relational expression of τ B = qW B 2 / 2kTμ (3) is obtained.
（３）式からベース幅WB、及び温度Ｔが一定のとき、ベ
ース走行時間τBを小さくするためには移動度μを大き
くすればよいことが分る。つまり、HBTの動作速度を向
上させるには、移動度μを大きくする必要がある。From the equation (3), it is understood that when the base width W B and the temperature T are constant, the mobility μ may be increased in order to reduce the base traveling time τ B. That is, it is necessary to increase the mobility μ in order to improve the operation speed of the HBT.
一方、従来のような構造のHBTではベース層はｐ型にド
ープされているために、電子がベース領域において不純
物による散乱を受けて、移動度μは制限され、動作速度
を大きくできないという問題点があった。On the other hand, in the HBT having the conventional structure, since the base layer is p-type doped, the electrons are scattered by the impurities in the base region, the mobility μ is limited, and the operation speed cannot be increased. was there.
そこで本発明は、ベース層内において、少数キャリアで
ある電子がｐ型不純物による散乱を受けないベース層構
造を提供することを課題とする。Therefore, an object of the present invention is to provide a base layer structure in which electrons, which are minority carriers, are not scattered by p-type impurities in the base layer.
（課題を解決するための手段） 本発明は、コレクタ層、ベース層、及びエミッタ層を積
層した構造を有するヘテロ接合バイポーラトランジスタ
において、前記コレクタ層、前記ベース層、及び前記エ
ミッタ層のうち、少なくともベース層は、接合面に平行
な方向に周期性をもち、不純物をドープした第１の半導
体と、第１の半導体より禁制帯幅の狭い高純度の第２の
半導体からなる超格子構造を備えていることを特徴とす
る。(Means for Solving the Problems) The present invention provides a heterojunction bipolar transistor having a structure in which a collector layer, a base layer, and an emitter layer are stacked, and at least one of the collector layer, the base layer, and the emitter layer. The base layer has a superlattice structure having a first semiconductor doped with impurities and having a periodicity in a direction parallel to the bonding surface, and a high-purity second semiconductor having a narrower band gap than the first semiconductor. It is characterized by
（作用） 本発明によれば、少数キャリアである電子が、ベース層
を走行するときに、高純度GaAs部分中、つまり量子井戸
の中を走行し、このため、電子は不純物による散乱を受
けることなく、高速でベース層を通過する。(Operation) According to the present invention, when the electrons, which are minority carriers, travel in the high-purity GaAs portion, that is, in the quantum well when traveling in the base layer, the electrons are scattered by impurities. Without passing through the base layer at high speed.
（実施例） 以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明す
る。第１図（ａ）に示した本発明の第１の実施例に係る
HBTは第６図に示した従来のHBTと同様に、ｎ型GaAsのコ
レクタ層11及びｎ型AlGaAsのエミッタ層13とを有し、コ
レクタ層11とエミッタ層13との間に配置されるベース層
12aの構成において第６図のHBTと異なっている。第１図
に示されたベース層12aはAlAs部分21と高純度GaAs部分2
2とによって構成された超格子構造を有している。ここ
で、AlAs21には、不純物がドープされており、ｐ型の導
電性を持つように構成されている。(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings. According to the first embodiment of the present invention shown in FIG.
Similar to the conventional HBT shown in FIG. 6, the HBT has an n-type GaAs collector layer 11 and an n-type AlGaAs emitter layer 13, and a base disposed between the collector layer 11 and the emitter layer 13. layer
The structure of 12a is different from the HBT of FIG. The base layer 12a shown in FIG. 1 includes an AlAs portion 21 and a high-purity GaAs portion 2
It has a superlattice structure composed of 2 and. Here, the AlAs 21 is doped with impurities and configured to have p-type conductivity.
第１図（ｂ）を参照すると、第１図（ａ）に示されたベ
ース層12aをＡ−Ｂ線に沿って断面した場合におけるエ
ネルギーバンドが示されており、図に示すように、伝導
帯C.B.、価電子帯V.B.において周期的量子井戸を形成し
ている。ｐ−AlAs部分21及び高純度GaAs部分22は非常に
薄く、電子は一つのGaAs部分から隣接するGaAs部分へ自
由に行き来できる。しかし電子は高純度GaAs部分22の伝
導帯C.B.の底より高いエネルギー準位（量子化された準
位）にしか存在できない。このことは、周期的量子井戸
のポテンシャルでは、伝導帯C.B.及び価電子帯V.B.にミ
ニバンド15,16が形成されることを意味している。この
ミニバンド15,16間のエネルギー差がベース層の実効的
バンドギャップＥｇとなる。バンドギャップＥｇはベー
ス層12aを形成するAlAs部分21及びGaAs部分22の組成比
及び周期を調節することにより変化させることができ
る。Referring to FIG. 1B, an energy band in the case where the base layer 12a shown in FIG. 1A is cross-sectioned along the line AB is shown. As shown in FIG. Periodic quantum wells are formed in band CB and valence band VB. The p-AlAs portion 21 and the high-purity GaAs portion 22 are very thin, and electrons can freely move from one GaAs portion to the adjacent GaAs portion. However, the electrons can exist only in the energy level (quantized level) higher than the bottom of the conduction band CB of the high-purity GaAs portion 22. This means that at the potential of the periodic quantum well, minibands 15 and 16 are formed in the conduction band CB and the valence band VB. The energy difference between the mini bands 15 and 16 becomes the effective band gap E g of the base layer. The bandgap E g can be changed by adjusting the composition ratio and period of the AlAs portion 21 and the GaAs portion 22 forming the base layer 12a.
前記実効的バンドギャップＥｇをエミッタ層13のバンド
ギャップより小さく設定すれば、第１図（ａ）に示した
構造でHBTとして動作させることができる。If the effective bandgap E g is set smaller than the bandgap of the emitter layer 13, the structure shown in FIG. 1A can operate as an HBT.
ここで、第１図（ａ）に示した超格子構造は、例えば、
Appl.Phys.Lett.45（1984）620頁に示された方法で作製
することができる。具体的に云えば、第２図に示すよう
に、（001）面から［110］方向に１゜傾いたGaAs基板25
の上にコレクタ層11であるｎ−GaAs層をエピタキシャル
成長させる。基板を傾けたことを反映して、コレクタ層
11は［110］方向に一定間隔（160Å）の単原子層ステッ
プを持って成長し、したがって、コレクタ層11の表面は
［110］方向に一定間隔のステップを持つことになる。
このステップを利用して以下のようにして、超格子構造
を有するベース層12aを作製する。Here, the superlattice structure shown in FIG.
Appl. Phys. Lett. 45 (1984) p. 620 can be used. Specifically, as shown in FIG. 2, a GaAs substrate 25 tilted by 1 ° in the [110] direction from the (001) plane 25
An n-GaAs layer, which is the collector layer 11, is epitaxially grown on the above. Reflecting the tilted substrate, the collector layer
The 11 grows in the [110] direction with monospaced steps (160Å) at regular intervals, so that the surface of the collector layer 11 has steps in the [110] direction at regular intervals.
Using this step, the base layer 12a having a superlattice structure is manufactured as follows.
まず、コレクタ層11の上にｐ−AlAs部分21をステップが
［110］方向に80Åだけ前進するように、原子層成長さ
せる。次に、高純度GaAs部分22をステップがさらに80Å
前進するように原子層成長させる。以後、同様にして１
ステップづつｐ−AlAs部分21及び高純度GaAs部分22を交
互に成長させると、［110］方向に160Åの周期をもつGa
As/p−AlAs超格子構造を持つベース層12aを形成するこ
とができる。First, the p-AlAs portion 21 is atomically grown on the collector layer 11 so that the step advances by 80 Å in the [110] direction. Next, the high-purity GaAs portion 22 is further stepped by 80 Å
Atomic layer growth is performed so as to move forward. After that, 1
When the p-AlAs portion 21 and the high-purity GaAs portion 22 are alternately grown step by step, Ga having a period of 160Å in the [110] direction is obtained.
The base layer 12a having an As / p-AlAs superlattice structure can be formed.
第３図を参照すると、本発明の第２の実施例に係るHBT
はベース層12aだけでなく、コレクタ層11aをも超格子構
造を有している。図示されたコレクタ層11aはｎ型AlAs
部分31及び高純度GaAs部分32とによって構成されてお
り、これらｎ型AlAs部分31、高純度GaAs部分32はベース
層12aのｐ型AlAs部分21及び高純度GaAs部分22とそれぞ
れ連続している。このようなコレクタ層11aは第２図で
説明した方法で作製できる。このように、コレクタ層11
aをも超格子構造にすることにより、コレクタ走行時間
τCを短縮できる。Referring to FIG. 3, the HBT according to the second embodiment of the present invention.
Has a superlattice structure not only in the base layer 12a but also in the collector layer 11a. The collector layer 11a shown is n-type AlAs.
The n-type AlAs portion 31 and the high-purity GaAs portion 32 are continuous with the p-type AlAs portion 21 and the high-purity GaAs portion 22, respectively, of the base layer 12a. Such collector layer 11a can be manufactured by the method described in FIG. Thus, the collector layer 11
By making a also a superlattice structure, the collector transit time τ C can be shortened.
第４図を参照すると、本発明の第３の実施例に係るHBT
は、ベース層12aだけでなく、エミッタ層13aをも超格子
構造としている。なお、本実施例では、第２の実施例と
同様にコレクタ層11aをも超格子構造とした。図示され
たエミッタ層13aはコレクタ層11aと同様にｎ−AlAs部分
41と高純度GaAs部分42によって形成されている。この場
合、エミッタ層13aの実効的バンドギャップは、ベース
層12aの実効的バンドギャップよりも大きくなければな
らないことを考慮して、エミッタ層13aでは、ｎ−AlAs
部分41の比率をベース層12aにおけるｐ−AlAs部分21の
比率に比較して大きくしてある。エミッタ層を超格子構
造とする事により、エミッタ抵抗を低減できる。Referring to FIG. 4, the HBT according to the third embodiment of the present invention.
In addition to the base layer 12a, the emitter layer 13a has a superlattice structure. In this embodiment, the collector layer 11a also has a superlattice structure as in the second embodiment. The illustrated emitter layer 13a is similar to the collector layer 11a in the n-AlAs portion.
41 and a high-purity GaAs portion 42. In this case, in consideration of the fact that the effective bandgap of the emitter layer 13a must be larger than the effective bandgap of the base layer 12a, the n-AlAs in the emitter layer 13a is considered.
The proportion of the portion 41 is made larger than that of the p-AlAs portion 21 in the base layer 12a. The emitter resistance can be reduced by making the emitter layer a superlattice structure.
なお、上記エミッタ層13aの成長方法もベース層12aの成
長方法と同様である。The method for growing the emitter layer 13a is the same as the method for growing the base layer 12a.
本発明のHBTにおいて、電極は第５図のように設けられ
る。これは、エッチングによって、コレクタ、ベース、
エミッタの各層の面出しを行い、次にその各表面に金属
を蒸着して電極を形成したものである。この様な構造に
すると、ベース電流が、超格子ベース層12aのGaAs/p−A
lAs界面に沿って流れるため、ベース寄生抵抗が小さ
い。In the HBT of the present invention, the electrodes are provided as shown in FIG. This is done by etching the collector, base,
The electrodes are formed by chamfering each layer of the emitter and then depositing a metal on each surface. With such a structure, the base current is GaAs / p-A of the superlattice base layer 12a.
Since it flows along the lAs interface, the base parasitic resistance is small.
（発明の効果） 以上に述べたように、本発明によれば、HBTの少なくと
もベース層を超格子構造とすることで、キャリアは、不
純物による散乱を受けることなくベース中を走行するの
で、従来にくらべて高速のHBTを構成できる。たとえ
ば、不純物を1018cm-3ドープした時に、一様にドープさ
れたGaAsでは、電子移動度μが3000cm2/V・Ｓなのに対
し、AlAsにのみドープしたGaAs/AlAs超格子構造では、6
000cm2/V・Ｓとなるので、ベース走行時間は従来の1/2
に短縮される。(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, at least the base layer of the HBT has a superlattice structure, so that carriers travel in the base without being scattered by impurities. High-speed HBT can be configured compared to For example, in the case of 10 18 cm -3 doping of impurities, the electron mobility μ is 3000 cm 2 / V · S in uniformly doped GaAs, whereas in the GaAs / AlAs superlattice structure in which only AlAs is doped,
Since it will be 000 cm 2 / V ・ S, the base running time is 1/2 that of the conventional
Is shortened to.
実施例では、ｐ−AlAs及びGaAsによって超格子を構成す
る場合について述べたが、本発明は何等これに限定され
ることなく、他の半導体の組み合せによって超格子を構
成してもよい。In the embodiment, the case where the superlattice is composed of p-AlAs and GaAs has been described, but the present invention is not limited to this, and the superlattice may be composed of a combination of other semiconductors.
第１図（ａ）は本発明の一実施例のHBTの結晶構造を示
す図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のＡ−Ｂ線に沿う断
面におけるエネルギーバンド図、第２図は本発明による
HBTの結晶成長方法を説明するための図、第３図，第４
図は本発明の他の実施例の結晶構造を示す図、第５図
は、電極を設けた本発明のHBTの斜視図、及び、第６図
は従来のHBTの結晶構造を示す図である。 11,11a…コレクタ層、12,12a…ベース層、13,13a…エミ
ッタ層、25…GaAs基板、16…価電子帯のミニバンド、21
…ｐ−AlAs部分、31,41…ｎ−AlAs部分、22,32,42…高
純度GaAs部分、61…コレクタ電極、62…ベース電極、63
…エミッタ電極。FIG. 1 (a) is a diagram showing a crystal structure of HBT of one embodiment of the present invention, FIG. 1 (b) is an energy band diagram in a cross section taken along the line AB of FIG. 1 (a), and FIG. Figure according to the invention
Figures for explaining the HBT crystal growth method, FIGS. 3, 4
FIG. 5 is a diagram showing a crystal structure of another embodiment of the present invention, FIG. 5 is a perspective view of an HBT of the present invention provided with electrodes, and FIG. 6 is a diagram showing a crystal structure of a conventional HBT. . 11, 11a ... Collector layer, 12, 12a ... Base layer, 13, 13a ... Emitter layer, 25 ... GaAs substrate, 16 ... Valence band miniband, 21
... p-AlAs portion, 31,41 ... n-AlAs portion, 22,32,42 ... high-purity GaAs portion, 61 ... collector electrode, 62 ... base electrode, 63
... emitter electrode.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 29/73 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI technical display location H01L 29/73
Claims (3)
積層した構造を有するヘテロ接合バイポーラトランジス
タにおいて、前記コレクタ層、前記ベース層、及び前記
エミッタ層のうち、少なくともベース層は、接合面に平
行な方向に周期性をもち、不純物をドープした第１の半
導体と、第１の半導体より禁制帯幅の狭い高純度の第２
の半導体からなる超格子構造を備えていることを特徴と
するヘテロ接合バイポーラトランジスタ。1. In a heterojunction bipolar transistor having a structure in which a collector layer, a base layer, and an emitter layer are stacked, at least the base layer of the collector layer, the base layer, and the emitter layer is parallel to a junction surface. And a high-purity second semiconductor having a narrower band gap than the first semiconductor and having a periodicity in a predetermined direction and being doped with impurities.
A heterojunction bipolar transistor characterized by having a superlattice structure made of the above semiconductor.
性をもち、不純物をドープした第１の半導体と、第１の
半導体より禁制帯幅の狭い高純度の第２の半導体からな
る超格子構造を備えていることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。2. A collector layer is composed of a first semiconductor doped with impurities and having a periodicity in a direction parallel to the junction surface, and a high-purity second semiconductor having a narrower bandgap than the first semiconductor. The heterojunction bipolar transistor according to claim 1, which is provided with a superlattice structure.
性をもち、不純物をドープした第１の半導体と、第１の
半導体より禁制帯幅の狭い高純度の第２の半導体からな
る超格子構造を備えていることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。3. The emitter layer is composed of a first semiconductor doped with impurities and having a periodicity in a direction parallel to the junction surface, and a high-purity second semiconductor having a narrower bandgap than the first semiconductor. The heterojunction bipolar transistor according to claim 1, which is provided with a superlattice structure.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63164114A JPH07120668B2 (en) | 1988-07-02 | 1988-07-02 | Heterojunction bipolar transistor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63164114A JPH07120668B2 (en) | 1988-07-02 | 1988-07-02 | Heterojunction bipolar transistor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0215636A JPH0215636A (en) | 1990-01-19 |
| JPH07120668B2 true JPH07120668B2 (en) | 1995-12-20 |
Family
ID=15787018
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63164114A Expired - Lifetime JPH07120668B2 (en) | 1988-07-02 | 1988-07-02 | Heterojunction bipolar transistor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07120668B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06260493A (en) * | 1993-03-05 | 1994-09-16 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor device |
| GB2341974A (en) * | 1998-09-22 | 2000-03-29 | Secr Defence | Semiconductor device incorporating a superlattice structure |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4137542A (en) * | 1977-04-20 | 1979-01-30 | International Business Machines Corporation | Semiconductor structure |
| JPH0685402B2 (en) * | 1985-05-29 | 1994-10-26 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor superlattice device |
-
1988
- 1988-07-02 JP JP63164114A patent/JPH07120668B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0215636A (en) | 1990-01-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0232431B1 (en) | Semiconductor device | |
| JP2801624B2 (en) | Heterojunction bipolar transistor | |
| JP3299807B2 (en) | Heterojunction bipolar transistor | |
| US5013685A (en) | Method of making a non-alloyed ohmic contact to III-V semiconductors-on-silicon | |
| JP2501625B2 (en) | Heterojunction bipolar transistor | |
| EP0292568B1 (en) | Hetero-junction bipolar transistor | |
| JPH0548078A (en) | Heterojunction bipolar transistor and circuit using the same | |
| EP0602671B1 (en) | Heterojunction field effect transistor having an improved transistor characteristic | |
| JPH07120668B2 (en) | Heterojunction bipolar transistor | |
| JPH0740570B2 (en) | Resonance tunneling device | |
| JP2505805B2 (en) | Hot carrier transistor | |
| JPH05283673A (en) | Resonant tunnel semiconductor device | |
| JPH07273311A (en) | Band-to-band resonant tunneling transistor | |
| EP0229672A2 (en) | A heterojunction bipolar transistor having a base region of germanium | |
| JP2586640B2 (en) | Heterojunction bipolar transistor | |
| JP2621854B2 (en) | High mobility transistor | |
| JP2980630B2 (en) | Compound semiconductor device | |
| JPH04277680A (en) | Tunnel transistor and manufacture of the same | |
| JPH0661245A (en) | Semiconductor device | |
| JPH0738393B2 (en) | Semiconductor device | |
| JP2770583B2 (en) | Method of manufacturing collector-top heterojunction bipolar transistor | |
| JP2557613B2 (en) | Heterojunction bipolar transistor | |
| JPH0376787B2 (en) | ||
| JPS63287058A (en) | Manufacturing method of heterojunction bipolar transistor | |
| JPH063805B2 (en) | Heterojunction bipolar transistor |